芸薹属异源三倍体（ABC）的分子细胞遗传学研究

论文摘要

种间杂交和异源多倍体化给远缘植物物种之间的基因交换、遗传性状变异以及新种质资源的创建提供了一个重要途径。芸薹属三个二倍体基本种（甘蓝、白菜、黑芥）之间通过两两杂交的方式,获得了甘蓝型油菜、芥菜型油菜、埃塞俄比亚芥菜等一系列丰富种质资源,极大丰富了蔬菜、油料等经济作物资源库。目前,人工合成的芸薹属异源多倍体成为研究芸薹属之间遗传重组和稳定性的优秀模式材料,但对三基因组单倍型材料的研究报道较少。因此,在本研究中,使用异源四倍体种埃塞俄比亚芥菜（BBCC）作为母本,同源二倍体种白菜（AA）作为父本,通过人工杂交,成功创制出芸薹属异源三倍体新杂交种ABC。对异源三倍体及其亲本的表型特征进行观察统计;对比异源三倍体杂交种及亲本的减数分裂过程;通过免疫荧光染色技术,研究其减数分裂过程中调控联会复合体形成的特异蛋白ZYP1的表达情况;通过免疫荧光定位技术研究其减数分裂过程中细胞骨架的动态定位情况;利用基因组原位杂交研究异源三倍体杂交种的染色体分别在基因组内和组间的配对现象;利用石蜡切片技术研究杂交种与亲本的花药发育情况;利用荧光定量PCR对7个调控减数分裂过程的基因,以及2个调控花药发育的重要基因,进行分子表达水平分析。以期分别从细胞和分子水平解释ABC三染色体组之间的内在联系,并探究种间杂交对配子体形成及发育过程的影响,以及对其花药发育过程的影响,相关研究结果如下:1.通过杂交及胚挽救技术,异源三倍体杂交种被成功创制。杂交种表型特征基本表现为亲本中间型。杂交种植株生长高度,叶片形态与颜色,以及花色,都表现为亲本中间型状态,部分性状更接近母本,可能是由于杂种ABC中多了一个拷贝的母本的基因组。但与亲本相比,杂交种的花粉活力显著降低,且植株不育。2.与亲本相比,杂交种的整个减数分裂过程表现出了严重的紊乱现象。在减数分裂前期,杂交种染色体之间出现了异源联会现象;在终变期,有单价体和多价体产生,在减数第一次分裂中期和第二次分裂中期,有数目不等的散落单价体围绕在赤道板周围,有染色体桥现象在减数分裂后期出现,在减数分裂末期,落后染色体出现,并且细胞出现不均等分离现象,这导致在减数分裂完成至小孢子形成过程中,小孢子大小形态有一定差异,并且产生数目不等的微核小孢子,在后期形成形态不一的不完全发育小花粉粒。3.ZYP1免疫蛋白荧光定位结果显示,在减数分裂粗线期,杂交种的染色体出现异源联会现象,在其发生联会的位置有ZYP1荧光信号,与亲本相比,杂交种中出现的信号强度减弱且不连续,这表明杂交种中可能存在着调控减数分裂横向细丝蛋白ZYP1的机制,并以此造成减数分裂过程中染色体同源区段的部分联会,保证后续减数分裂过程的进行。4.细胞骨架微管蛋白β-tubulin免疫荧光定位结果显示,与亲本相比,杂交种的细胞骨架在减数分裂中期不是以正常纺锤体微管的形式存在,后期成膜体微管存在形式与亲本相比也有所异常,这可能是导致杂交种染色体排布和分离异常的内在因素之一。5.基因组原位荧光杂交实验表明,在杂交种ABC中,B基因组染色体之间不仅自身发生了基因组内部的联会配对,且B基因组与A/C基因组之间也发生了组间的联会配对。这种组内与组间的联会配对可能影响其减数分裂过程,产生微量的可育花粉粒。6.花药石蜡切片实验结果发现,与亲本相比,杂交种的花药发育过程中绒毡层在四分体时期无法及时降解,并一直持续到单核小孢子时期,表明杂交过程可能影响花药正常发育,进而影响花粉的成熟发育。7.从基因表达水平来看,杂交种与亲本相比,与减数分裂相关的7个关键调控基因,以及与花药发育相关的2个关键调控基因,其表达量都出现显著性下降,且下降水平与基因的功能相关,其中ASY1,DMC1,SPO11-1,RAD51,TPD1这5个基因的降低程度最大,这一结果可能揭示了在减数分裂过程以及花药发育过程中,异源三倍体杂交种出现异常的分子机制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
•   1.1 芸薹属植物远缘杂交研究进展
•     1.1.1 芸薹属远缘杂交不亲和性的机理
•     1.1.2 克服远缘杂交不亲和性的方法
•     1.1.3 远缘杂交中常见的染色体特殊行为
•   1.2 芸薹属A,B,C三基因组研究进展
•   1.3 人工合成多倍体杂交材料细胞学研究进展
•     1.3.1 流式倍性细胞鉴定术研究进展
•     1.3.2 免疫荧光研究进展
•     1.3.3 原位杂交研究进展
•   1.4 减数分裂研究进展
•     1.4.1 减数分裂过程及意义
•     1.4.2 减数分裂调控机制研究进展
•     1.4.3 联会复合体的研究进展
•   1.5 异源多倍体与同源多倍体减数分裂调控的研究进展
•   1.6 植物花药与花粉发育的研究进展
•   1.7 研究目的及意义
• 2 异源三倍体杂种的材料鉴定与性状分析
•   2.1 实验材料
•   2.2 实验方法
•     2.2.1 杂交种获得与植株鉴定
•     2.2.2 形态学观察
•     2.2.3 气孔观察
•     2.2.4 花粉育性鉴定
•   2.3 实验结果与分析
•     2.3.1 异源三倍体杂种的形态学特征
•     2.3.2 花粉育性鉴定
•     2.3.3 异源三倍体气孔观察
•   2.4 讨论
• 3.异源三倍体杂种减数分裂过程观察
•   3.1 实验材料
•   3.2 实验方法
•     3.2.1 鉴定减数分裂时期的取材范围
•     3.2.2 减数分裂时期分裂相细胞的染色体制片
•     3.2.3 联会复合体调控蛋白ZYP1抗体在异源三倍体杂交种中的免疫定位
•     3.2.4 异源三倍体杂种的基因组原位荧光杂交
•     3.2.5 细胞骨架β-tubulin微管蛋白在异源三倍体杂交种中的免疫定位
•   3.3 结果与分析
•     3.3.1 减数分裂时期取材范围
•     3.3.2 减数分裂时期细胞学鉴定
•     3.3.3 联会复合体调控蛋白ZYP1抗体在异源三倍体杂交种中的免疫定位
•     3.3.4 异源三倍体杂种的基因组原位荧光杂交
•     3.3.5 细胞骨架β-tubulin微管蛋白在异源三倍体杂交种中的免疫定位
•   3.4 讨论
• 4.异源三倍体花药发育过程观察
•   4.1 实验材料
•   4.2 实验方法
•     4.2.1 成熟花药与柱头的扫描电镜观察
•     4.2.2 成熟花粉粒的扫描电镜观察
•     4.2.3 花药不同发育时期的石蜡切片
•   4.3 实验结果
•     4.3.1 成熟花药与柱头的扫描电镜观察结果
•     4.3.2 成熟花粉粒的扫描电镜观察
•     4.3.3 花药不同发育时期的石蜡切片观察结果
•   4.4 讨论
• 5 异源三倍体中调控减数分裂与花药发育的关键基因表达量分析
•   5.1 实验材料
•   5.2 实验方法
•     5.2.1 减数分裂调控基因、花药发育调控基因以及内参基因的选取和引物设计
•     5.2.2 提取检测RNA
•     5.2.3 RNA反转录
•     5.2.4 实时定量荧光PCR测定
•   5.3 结果与分析
•     5.3.1 总RNA的质量与浓度
•     5.3.2 异源三倍体中涉及减数分裂及花药发育几个关键基因表达量变化分析
•   5.4 讨论
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录一：本实验所用主要仪器设备
• 个人简介
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 闫歌

导师: 曹刚强,位芳

关键词: 种间杂交,芸薹属,异源三倍体杂交种,减数分裂,荧光原位杂交,花药发育,基因表达

来源: 郑州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 郑州大学

分类号: Q943

总页数: 73

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